电气工程测试方法与装置（张秉仁）节能灯推广政策下的闪变控制策略

1、节能灯推广政策下的闪变控制策略摘要 分析了几种照明灯具的工作原理，结合参考文献讨论了白炽灯、节能灯等对电压波动的响应特性差异，提出了节能灯普及背景卜闪变国家标准的修仃思路及其控制策略设想。关键词白炽灯 节能灯 半导体灯闪变控制电能质量指标是从大量测试数据中发现总结出的、能表征电力供 应特征的、与用户生产工艺过程密切相关的具有代表性的参数。电能 质量指标体系应该是根据电力生产，特别是用户负荷用电特性的变化 而不断完善与发展的。随着负荷结构的调整及其负荷用电特性的变化, 电能质量指标限值、控制手段、措施应该随之变化，以期节约投资， 更好的为经济建设服务。应该说，离开了经济价值研究电能质量是没 有意

2、义的。众所周知，电能质量的重要指标电压波动闪变，iec是以60w, 230v额定电压的白炽灯为基准照度变化体进行试验定标的:而ieee以 60w, 120v额定电压的白炽灯为基准照度变化体进行试验定标，中国 基本采纳iec标准。可见，灯具与电压波动闪变的衡量有着及其重要 的关系。冃前，中国正在推广广泛的节能理念，节能型灯具的推广具有一定的代表性。据报道，白炽灯灯泡产量占全球总数70%的中国或许很 快要告别使用白炽灯泡的时代，中国很有可能在10年内放弃生产和 停止使用这种灯泡，这项有利于节能和减少环境污染的决定将使全球 受益。那么在灯具技术变革的浪潮中，是否需要重新审视电压波动指标的限值及其控制

3、策略呢？1照明设备的发光原理概括的说，照明设备从发光原理上经历了三个过程:白炽灯、普 通照明用自镇流荧光灯（俗称“节能灯”）、固态照明（亦称“半导体灯”）。目前，我们所讲的节能灯产品主要都是针对白炽灯来讲。普通的 白炽灯光效大约在每瓦lolnn左右，寿命大约在loooh左右，它的工 作原理是:当灯接入电路中，电流流过灯丝，电流的热效应，使白炽 灯发出连续的可见光和红外线，此现象在灯丝温度升到700k即可觉 察，由于工作时的灯丝温度很高，大部分的能量以红外辐射的形式浪 费掉了，由于灯丝温度很高，蒸发也很快，所以寿命也大大缩短了。节能灯的工作基于气体放电原理，主要是通过镇流器给灯管灯丝 加热，大约

4、在1160k温度时，灯丝就开始发射电子（在灯丝上涂了一 些电子粉），电子碰撞氢原子产生非弹性碰撞，氢原子碰撞后获得 了能量又撞击汞原子，汞原子在吸收能量后跃迁产生电离，发出 253.7nm的紫外线，紫外线激发荧光粉发光，由于荧光灯工作时灯丝 的温度在1160k左右，比白炽灯工作的温度2200-2700k低很多，所 以它的寿命也大大提高，达到5000h以上，由于它不存在白炽灯那样 的电流热效应，荧光粉的能量转换效率也很高，达到501m/k以上。半导体照明是一种全新的照明技术，利用半导体芯片作为发光材 料，直接将电能转换为光能，它与白炽灯的餌丝发光和节能灯的三基 色粉发光不同，led采用电场发光，

5、光电转换效率比较高。冃前，日 本、美国、欧盟、韩国等相继推出国家半导体照明计划，2003年我 国半导体照明工程全面启动，在材料、芯片、封装和应用产业化支撑 技术方面取得较大突破。我国已在上海、大连、厦门、南昌等4个 城市设立为国家半导体照明产业化基地。如同晶体管替代电子管一样, 半导体灯替代传统的白炽灯和荧光灯，必将在照明领域引发一场革命。 三种类型灯的相关参数对比见表。三种类型灯的相关参数比较損标白炽灯芳能灯半#体灯loooh足件通自炽灯的8倍长寿曲，10万h光效101m/w是普通勺炽灯的5倍501m/w离光效.大于601m/w能耗ft比白炽灯节能80%离节能闪烁敏憋较敏感无闪烁功率因数a低

6、岛功奉因数(大于0.95)工作电压窄较窄工作电压范国宽(180-255v)频緊操作差稍差可频开关响应时何ms级 十几几十毫秒ms级 般小于5ms釣秒级2不同原理灯具的电压波动响应特征我们知道，电压波动的主耍危害在于：导致显示屏闪烁。造成滤波器失谐、过负荷。(3)引起通信干扰。导致ct饱和。(5)产生闪变，一般来说，日光灯、电视机等家用电气对电压波动的敏感程度远 低于白炽灯，因此，若电压波动不至于引起白炽灯闪变，则肯定不会 引起其它家用电器如日光灯、电视机的工作异常。这也是目前世界各 国选用白炽灯作为闪变定标参照体的主要原因。近年来，许多学者研究电压波动与其它类型灯具照度变化的关系。如图1就是一

7、例，图中横坐标为电压波动频度，纵坐标为增益因子, 增益因子是灯光照度变化相对于引起该变化的电压波动而言的，即对 于固定幅度、频度的电压波动，通过曝光计记录灯光照度的变化，则: 增益因子二灯光照度的相对变化（）引起该照度变化的电压相对变化 （%）,若增益因子大于1,则说明该灯具对照度变化有放人效应。通过 图1分析可见，口炽灯对电压波动的效应有放大作用，而荧光灯却具 有吸收效应，也就是说，白炽灯比荧光灯对电压波动更加敏感。4 -3.53 m 2s子l51035101 52025波动頻度/hz白炽灯与荧光灯针对电压液动0載感度比较其它的研究对比也在不断的进行中，图2采用试验的方法，），依 据不同频度

8、凡二1的电压波动幅度调制正玄供电电压，用照度记录仪 记录不同类型灯具的照度变化，定义其相对照度变化为人二气j纵 （l,频度加情况下该类型灯具的亮度与其平均亮度的比值），为了便于 与白炽灯进行比较，取白炽灯的相对照度变化为基准进行归一化后其 相对照度变化随调制频率的关系如图2所示。图2试验曲线表明， 节能灯、荧光灯照度波动对电压波动不如白炽灯敏感，结论与图1相似。同样的试验表明，要达到尺“情况下230v60w白炽灯的照度变化，荧光灯、节能灯对应的波动幅度要大的多，如图3所示。qi 兄下不同类电灯貝亮度变化or0510is20s3几况下达s怕炽灯相阿舷变化时的电压波动对于半导体灯，针对供电电压的变

9、化表现的特性为:供电电压变 化适应范围宽，无闪烁。可见随着灯具技术的革新，对于同样的供电环境，闪变问题有趋 于缓和的趋势，有必要考虑其限值指标是否需要进行相关修订。这一 问题的研究还有利于调整闪变问题的控制策略，具有广泛的经济价值。当然，闪变限值不仅仅应立足于灯光照度的变化，同时还要考虑 引起照度变化的电压波动对电视机、计算机等其它电气的危害。考虑 到液晶显示、数字电视（信号传输）的进一步发展与普及，电压波动对 这类设备的影响也相应减弱。3闪变控制策略的探讨前面讨论了同频度同电压波动幅度下不同灯具对电压波动的敏感程度，那么对于电压波动的变化频度，不同的灯具有怎样的相应特 性呢?针对普通白炽灯，

10、试验证明:照度变化取决于钩丝的热惯性时间,120v, 60w白炽灯的热惯性时间为28ms, 230v, 60w白炽灯的热惯性时间为19ms,因而230v, 60w白炽灯对电压变动更敏感。荧光灯的热惯性吋间更短，一般为sms,因此相对于白炽灯其对快速的电压 波动更加敏感;半导体灯的响应时间一般为纳秒级。图4为日本电热委员会测得的闪变抑制设备的响应时间与闪变改善率之间的关系。由图可见，响应时间大于15ms的补偿设备 对于230v, 60w灯泡基准的闪变几乎不起作用。那么，在大量普 及应用的荧光灯、节能灯背景条件下，有必要考虑更先进、更快速 的补偿设备吗?笔者认为，考虑到技术经济条件，或许没有这样做

11、 的必要。因为根据图1的试验结论，可以考虑放宽闪变的限值标准 至少到现有标准的3倍，因而大量的冲击性负荷将不再需要采取补 偿措施;较严重的冲击性负荷通过现有的补偿手段可以得到缓解。诚然，上述闪变抑制策略是建立在节能灯、数字通信、液晶显 示等技术条件下的，同样也有必要研究这三类设备针对电压波动的 敏感程度差别。响应时闾与闪变改善率4结束语本文仅希望起到抛砖引玉的作用。由于缺少必要的进一步的试验 手段，本文仅根据相关参考文献所得出的不同灯具类型对电压波动的 不同反应情况，结合国内节能灯的推广政策，提出了相应的闪变国家 标准的限值修改思路及其闪变控制策略设想。这一策略的实现需要节 能灯、数字通信、液晶显示技术的普及背景，同样，也需要进一步研 究这三类设备针对电压波动的敏感程度差别。参考文献1 voltage and lamp flicker issues: should the ieee adopt the iec approach?2 flicker curves of different types of lamps, rong cai, j.f.g coaben, j.m.a. myrzik andw.l. kung, eindhoven